本发明涉及锂离子电池隔膜制备技术领域，具体涉及一种高分散性无机隔膜浆料的制备方法及无机隔膜。
背景技术
锂离子电池一般是由正极、负极、隔膜和电解质组成，隔膜是锂离子电池的重要组成部分，锂离子电池的安全性能很大程度上取决于隔膜的性能。目前锂离子电池大多使用聚合物隔膜、有机无机复合隔膜、聚合物电解质隔膜和无机隔膜，其中聚合物隔膜容易被锂枝晶刺穿、过热时易发生形变，这会导致电池内部发生短路，从而引起电池损坏甚至短路起火，另外，由于聚合物隔膜自身的疏水性能，导致其对电解液的浸润和保存性能差；有机无机复合隔膜和聚合物电解质隔膜也存在热稳定性差、离子电导率差等问题；而无机陶瓷膜是由无机材料制备而成，相对有机隔膜来说，具有孔径分布窄、分离效率高、过滤效果稳定，机械强度大，使用寿命长等优点，鉴于无机陶瓷膜的上述优点，无机陶瓷膜常被用于综合性能要求较高的电池中。
无机隔膜的主要是以无机陶瓷粒子为主体，高分子聚合物为粘合剂而粘连的微孔膜。其常用的制备方法是将无机颗粒与有机粘合剂直接混合，以水或者有机溶液作为溶剂，将无机陶瓷粒子与粘合剂溶解分散均匀，制备成待涂覆的浆料，再将浆料直接涂敷在锂离子电池极片表面，形成电极支撑型无机隔膜。但是制得的无机隔膜中，无机陶瓷含量较高，而陶瓷粒子粒径小，粒径主要分布在纳米和微米之间，因此，陶瓷粒子的比表面积也通常比较大，在溶解的过程中极易发生团聚现象，同时由于聚合物和无机颗粒界面相容性较差，更使得无机陶瓷浆料在配置过程中经常会出现浆料易团聚、沉降等现象，从而导致无机隔膜在涂覆的过程中难以成膜、成膜厚度不均匀、隔膜容易脱落和机械强度差等问题。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种高分散性无机隔膜浆料的制备方法及无机隔膜，能够有效抑制陶瓷粒子在溶液中的团聚现象，提高陶瓷粒子在悬浮溶液中分散的稳定性，提高无机隔膜成膜的均匀性和机械强度。
为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：
一种高分散性无机隔膜浆料的制备方法，包括以下步骤：
1)选取陶瓷颗粒；将粘合剂溶于水中并搅拌均匀形成胶液；以及将亲水性分散剂溶于水中并搅拌均匀形成分散剂溶液；
2)将陶瓷颗粒、胶液和分散剂溶液混合并搅拌均匀形成高分散性无机隔膜浆料。
在其中一个实施方式中，所述亲水性分散剂包括羧甲基纤维素钠、十二烷基硫酸钠、木质素磺酸盐、十六烷基三甲基溴化铵和二癸基二甲基氯化铵中的一种或多种。
在其中一个实施方式中，所述步骤1)中，陶瓷颗粒的质量是最终制备的高分散性无机隔膜浆料质量的90％～99.5％。
在其中一个实施方式中，所述步骤1)中，胶液中粘合剂的质量是最终制备的高分散性无机隔膜浆料质量的0.1％～5％。
在其中一个实施方式中，所述步骤1)中，分散剂溶液中亲水性分散剂的质量是最终制备的高分散性无机隔膜浆料质量的0.1～5％。
在其中一个实施方式中，所述步骤1)中，胶液的浓度为5％～20％。
在其中一个实施方式中，所述步骤1)中，分散剂溶液的浓度为0.5％～5％。
在其中一个实施方式中，所述粘合剂包括聚乙烯醇、聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚酰亚胺、聚环氧乙烷和聚丙烯腈中的一种或多种。
在其中一个实施方式中，所述陶瓷颗粒包括α-氧化铝、二氧化硅、碳酸钙、二氧化锆和二氧化钛中的一种或多种。
一种高分散性无机隔膜，包括上述任一项所述的无机隔膜浆料制成的涂覆层。
本发明具有以下有益效果：本发明通过在无机隔膜浆料中加入含亲水性基团的分散剂，并通过控制亲水性分散剂的成份和混合比例，能够有效抑制陶瓷粒子在溶液中的团聚现象，提高陶瓷粒子在悬浮溶液中分散的稳定性，使得形成的无机隔膜浆料容易分散且不会出现团聚和沉降现象，从而提高了无机隔膜的成膜均匀性、柔韧性和机械强度。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
本发明公开了一种高分散性无机隔膜浆料的制备方法，包括以下步骤：
1)选取陶瓷颗粒；该陶瓷颗粒可选用α-氧化铝(α-al2o3)、二氧化硅(sio2)、碳酸钙(caco3)、二氧化锆(zro2)和二氧化钛(tio2)中的一种或多种。
进一步地，陶瓷颗粒的粒径为100nm～20μm，利于提高陶瓷颗粒在无机隔膜浆料中分散的稳定性；
2)将粘合剂溶于水中并搅拌均匀形成胶液；该粘合剂采用有机聚合物，可采用聚乙烯醇(pva)、聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚酰亚胺、聚环氧乙烷和聚丙烯腈中的一种或多种。
进一步地，胶液的浓度为5％～20％，也即胶液中所含有的粘合剂的质量是胶液总质量的5％～20％。
3)将亲水性分散剂溶于水中并搅拌均匀形成分散剂溶液；
亲水性分散剂包括羧甲基纤维素钠、十二烷基硫酸钠、木质素磺酸盐、十六烷基三甲基溴化铵、二癸基二甲基氯化铵中的一种或多种；上述亲水性分散剂可使得最终制得浆料分散均匀，分散效果好，同时该亲水性分散剂还具有环保无污染，成本低，较少用量即可达到较好分散效果的优点。
进一步地，分散剂溶液的浓度为0.5％～5％，也即分散剂溶液中所含有的亲水性分散剂的质量是分散剂溶液总质量的0.5％～5％。
4)将陶瓷颗粒、胶液和分散剂溶液按一定比例混合，并经超声波分散及机械搅拌一段时间后，得到高分散性无机隔膜浆料；该高分散性无机隔膜浆料为均匀稳定的高分散无机陶瓷涂覆悬浊液；
该过程中陶瓷颗粒、粘合剂和亲水性分散剂符合以下比例：陶瓷颗粒的质量是最终制得的高分散性无机隔膜浆料总质量的90％～99.5％，胶液中粘合剂的质量是最终制得的高分散性无机隔膜浆料总质量的0.1％～5％，亲水性分散剂的质量是最终制得的高分散性无机隔膜浆料总质量的0.1～5％。
在步骤4)之后还进行以下步骤：利用涂布机在电池极片表面涂覆步骤4)所制得的高分散性无机隔膜浆料并烘干，得到电极支撑型的高分散性无机隔膜。
其中电池极片包括正极片及负极片。
其中，步骤1)、步骤2)和步骤3)可同时进行，也可将步骤2)放在步骤1)之前执行，或者将步骤3)放在步骤1)之前执行，或者将步骤3)放在步骤1)之后且步骤2)之前执行。
高分散性无机隔膜浆料的制备方法具体可采用以下实施例：
实施例一：
一种高分散性无机隔膜浆料的制备方法，包括以下步骤：
1)选取陶瓷粉1kg，该陶瓷粉选用sio2粉末；
2)粘合剂选用聚乙烯醇(pva)，将聚乙烯醇(pva)溶于水中，配置成5％浓度的胶液；
3)亲水性分散剂选用羧甲基纤维素钠(cmc)，将羧甲基纤维素钠(cmc)溶于水中搅拌均匀配置成浓度为2％的分散剂溶液；
4)按照sio2陶瓷粉：胶液：分散剂溶液＝1kg：120g：34g的比例，将sio2陶瓷粉、胶液和分散剂溶液混合，然后加入233g水，机械搅拌2h，即可得到均匀稳定的高分散性无机隔膜浆料；该高分散性无机隔膜浆料为高分散无机陶瓷涂覆悬浊液；
5)将高分散性无机隔膜浆料倒进涂布机料槽中，然后三元电极片上涂覆上述高分散性无机隔膜浆料，涂布机温度为60℃，走速为2m/min，最后进行烘干即可得到电极支撑型的高分散性无机隔膜。
实施例二：
一种高分散性无机隔膜浆料的制备方法，包括以下步骤：
1)选取陶瓷粉1kg，该陶瓷粉选用sio2粉末；
2)粘合剂选用聚乙烯醇(pva)，将聚乙烯醇(pva)溶于水中，配置成10％浓度的胶液；
3)亲水性分散剂选用羧甲基纤维素钠(cmc)，将羧甲基纤维素钠(cmc)溶于水中搅拌均匀配置成浓度为2％的分散剂溶液；
4)按照sio2陶瓷粉：胶液：分散剂溶液＝1kg：120g：34g的比例，将sio2陶瓷粉、胶液和分散剂溶液混合，然后加入233g水，机械搅拌2h，即可得到均匀稳定的高分散性无机隔膜浆料；该高分散性无机隔膜浆料为高分散无机陶瓷涂覆悬浊液；
5)将高分散性无机隔膜浆料倒进涂布机料槽中，然后在锰酸锂电极片上涂覆上述高分散性无机隔膜浆料，涂布机温度为60℃，走速为2m/min，最后进行烘干即可得到电极支撑型的高分散性无机隔膜。
实施例三：
一种高分散性无机隔膜浆料的制备方法，包括以下步骤：
1)选取陶瓷粉1kg，该陶瓷粉选用sio2粉末和zro2粉末的混合物；
2)粘合剂选用聚乙烯和聚丙烯，将聚乙烯和聚丙烯均溶于水中，配置成一定浓度的胶液；
3)亲水性分散剂选用羧甲基纤维素钠、十二烷基硫酸钠、木质素磺酸盐、十六烷基三甲基溴化铵、二癸基二甲基氯化铵中的一种或多种，并将亲水性分散剂溶于水中搅拌均匀配置成一定浓度的分散剂溶液；
4)将陶瓷粉、胶液和分散剂溶液按照一定比例混合，然后加入适量水，机械搅拌2h，即可得到均匀稳定的高分散性无机隔膜浆料；该高分散性无机隔膜浆料为高分散无机陶瓷涂覆悬浊液；
该过程中陶瓷粉、粘合剂和亲水性分散剂所占比例应符合以下条件：陶瓷粉的质量是最终制得的高分散性无机隔膜浆料总质量的90％～99.5％，胶液中粘合剂的质量是最终制得的高分散性无机隔膜浆料总质量的0.1％～5％，亲水性分散剂的质量是最终制得的高分散性无机隔膜浆料总质量的0.1～5％。
5)将高分散性无机隔膜浆料倒进涂布机料槽中，然后在锰酸锂电极片上涂覆上述高分散性无机隔膜浆料，涂布机温度为60℃，走速为2m/min，最后进行烘干即可得到电极支撑型的高分散性无机隔膜。
超细粉体在液相中的分散过程包括三个步骤：1)超细颗粒在液相中的润湿；2)团聚体在机械力作用下被打开，形成单独的原生粒子或较小的团聚体；3)将原生粒子或较小的团聚体稳定，阻止其再发生团聚。其中，提高超细粉体在液相分散稳定性的途径主要包括介质调控，分散剂调控，机械搅拌及超声调控等。而本发明主要是通过分散剂调控来提高无机陶瓷浆料的分散性。
上述各实施例，通过在无机隔膜浆料中加入含亲水性基团的分散剂，并通过控制亲水性分散剂的成份和混合比例，能够有效抑制陶瓷粒子在溶液中的团聚现象，提高陶瓷粒子在悬浮溶液中分散的稳定性，使得形成的无机隔膜浆料不会出现团聚和沉降现象，并使得无机隔膜浆料的固含量和黏度适中，从而提高了无机隔膜的成膜均匀性、柔韧性和机械强度，使得成膜不易干裂。另外通过陶瓷粉、粘合剂和亲水性分散剂的比例控制、胶液浓度控制以及分散剂溶液的浓度控制可进一步的提高无机隔膜浆料的高分散性和分散稳定性。此外上述各实施例采用的亲水性分散剂环保无污染，成本低，用量少，分散均匀性好；上述制备方法简单，便于操作，便于在生产线上连续生产，实用性强，生产成本低。
本发明还公开了一种高分散性无机隔膜，包括上述任一项所述的无机隔膜浆料制成的涂覆层。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。